Fizyka dla idiotów

’s są dwa ładunki i jest odległość między nimi do kwadratu., Drugi bit jest tylko stałą, która w przybliżeniu równa 9000000000. (Dokładne pochodzenie tego prawa można znaleźć tutaj). Z nich widać, że siła jest tylko czasem pola przez cokolwiek ładujesz, . Za pomocą tego można obliczyć pole lub siłę pomiędzy cząstkami lub atomami lub cokolwiek z ładunkiem, pod warunkiem, że się nie poruszają. Po uruchomieniu ładunku przenoszenie inne rzeczy się zdarzyć.

rzeczy poruszające się

gdy ładunek zacznie się przemieszczać, tworzy ono kolejne pole., Nowe pole jest magnetyzm i jest reprezentowany przez B jak w B-magmatyzm?

powodem tego jest po prostu to, że była to druga rzecz na liście alfabetycznej:

• Elektromagnetyczny potencjał wektorowy: A
• Indukcja Magnetyczna: B
• całkowity prąd elektryczny: C
• przemieszczenie elektryczne: D
• siła elektromotoryczna: E
• siła mechaniczna: F
• prędkość w punkcie: G
• natężenie magnetyczne: H
• /ul>

  (to również wyjaśnia skąd pochodzi H dla zainteresowanych).,

  więc teraz twoja cząstka lub atom lub cokolwiek ma 2 pola wychodzące. Pełne równanie opisujące działanie obu pól na cząstkę to

  

  znane jako siła Lorentza. Symbol nie oznacza mnożenia, w tym kontekście oznacza Cross-iloczyn. Jest to w zasadzie krótki sposób zapisu „ times times the sinus of the angle between”., Dzieje się tak dlatego, że pole popycha pod kątem 90° do którego kierunku jest skierowany i w którym kierunku się poruszasz. Teraz, jeśli nie robisz EM po poziomie A, możesz zapomnieć o kierunkach i kątach i po prostu napisać

  

  Jeśli rozwiń powyższe wyrażenie mamy

  

  ale możemy już opisać jeden z tych bitów, jest po prostu prawem coulombsa., Ponadto, na poziomie A lub poniżej sytuacja prawdopodobnie zostanie uproszczona, więc musisz tylko rozważyć pola I oddzielnie., Prawdopodobnie będziesz musiał użyć tylko jednej z następujących dwóch formuł,

  

  

  oczywiście jest siłą i jest ładowaniem, I są dwoma wcześniej opisanymi polami, a jest prędkością poruszającego się ładunku., Pole elektryczne jest mierzone w jednostkach SI niutonów na coulomb () lub, równoważnie, woltów na metr (). Pole magnetyczne ma jednostki SI Teslas (T), równoważne Webers na metr kwadratowy () lub wolt sekund na metr kwadratowy ()

  obwody

  teraz nie jestem wielkim fanem obwodów, nigdy nie byłem, teraz mam nadzieję, że będę na tyle profesjonalny, że moje Nielubianie ich nie natknie się w tym dziale, ale jeśli tak, to z góry przepraszam., Jeśli naprawdę zacznę zmagać się z moją nienawiścią, być może będę musiał zadzwonić do drugiego pisarza

  a circuits to w zasadzie tylko seria poruszających się ładunków z okazjonalnym obiektem lub urządzeniem w sposób, który wpływa na przepływ. Teraz, Kiedy mówię, że elektrony poruszają się, większość ludzi pomyśli, że ich przyspieszenie wokół z prędkością zbliżoną do prędkości światła, ale to jest złe. Rzeczywiste elektrony poruszają się bardzo wolno, to fala porusza się szybko. Jak wspomniano powyżej, jak odpychają ładunki, więc umieścić jeden elektron obok drugiego i będą się oddalać., Z prądem w drucie w zasadzie masz rurkę elektronów i dodajesz jeden do jednego z końców, to powoduje, że następny elektron przesuwa się w dół, który z kolei pchnął następny i tak dalej. Więc masz meksykański efekt podobny do fali, który porusza się szybko, ale same elektrony poruszają się tylko powoli.

  obwody zazwyczaj zawierają różnego rodzaju różne obiekty i urządzenia w zależności od tego, do czego służą, a w zależności od tego, jak je ustawisz w obwodzie, zależy to od tego, jak wykonasz wszystkie obliczenia.

  który jest który?,

  jeśli skonfigurujesz wszystkie komponenty w zamkniętej pętli w ten sposób

  

  wtedy mówimy, że wszystkie komponenty są w seriach. Jeśli ustawisz je ze ścieżkami rozgałęziającymi się w ten sposób

  

  wtedy mówimy, że komponenty są równoległe. Możesz również tworzyć obwody, które są mieszaniną sekcji szeregowej i równoległej w ten sposób

  

  Wzmacniacze, Wolty i Ohmy (Oh my!,)

  ładunki ruchome nazywamy prądem, który jest mierzony w jednostce SI amperów (A). Wzmacniacze są równoważne ilości ładunku przekazanego w określonym czasie, więc 2 coulombs w 6 sekund będzie równoważne 0.3 A. to, jak większość rzeczy w fizyce może być wyrażona w ładny wzór do nauki

  

  innym ważnym pomysłem w obwodach jest napięcie lub różnica potencjałów. Wolty są zasadniczo różnicą potencjału elektrycznego w dwóch różnych punktach., Potencjał elektryczny między 2 punktami jest podany jako

  

  gdzie jest odległością między I . To w zasadzie odległość od pola.

  kolejną ważną ideą, jeśli chodzi o obwody, jest opór. Rezystancja jest w zasadzie miarą oporu przeciwnego prądowi elektrycznemu., Prawie wszystkie obiekty lub urządzenia w obwodzie powodują opór i aby obliczyć całkowitą rezystancję w obwodzie, używasz jednej lub więcej z tych zasad

  

  

  jednym z najważniejszych i fundamentalnych równań w obwodach jest prawo Ohma, które odnosi się do prądu, napięcia i rezystancji.

  

  the Deep End

  to jest to. Klasyczny EM nie sięga głębiej niż to., Te 4 są podstawowym równaniem dla wszystkich pól w EM. Mogą trochę potrwać, zanim zaczniesz myśleć, ale kiedy to zrobisz, wszystko powinno mieć sens.,

  

  

  

  

  Jeśli nie wiesz o integracji i różnicowaniu, proponuję udać się do sekcji integracji lub sekcji różnicowania, postaram się to wyjaśnić tutaj, ale skupiam się głównie na fizyce.

  prawo Gaussa

  Ok najpierw mamy prawo Gaussa.,

  

  mówi to, że Całka pola elektrycznego, , przez zamknięty obszar jest równa całkowitemu ładunkowi wewnątrz pola elektrycznego.obszar, podzielony przez . jest stałą zwaną przenikalnością wolnej przestrzeni i pojawia się w całej fizyce wraz z , która jest przenikalnością wolnej przestrzeni., To równanie oznacza, że możesz wziąć dowolną zamkniętą powierzchnię i znaleźć pole, pod warunkiem, że możesz wykonać obliczenia. Zazwyczaj nie można. jednak istnieje wiele przypadków, gdy jego ładne i łatwe. Przypadki, gdy pole wychodzi prosto przez powierzchnię równomiernie., Przypadki są

  • sferyczna powierzchnia wokół punktu lub kuli
  • cylindryczna powierzchnia wokół nieskończonego drutu
  • regularna powierzchnia nad odcinkiem nieskończonej płaszczyzny

  przyznaję, że te dźwięki są niejasne i abstrakcyjne, więc zademonstruję za pomocą diagramu.

  

  

  

  są to powierzchnie Gaussa., Zasadniczo z tymi powierzchniami wszystko, co próbujesz zrobić, to ułatwić życie. Po prostu upewnij się, że powierzchnia jest zawsze w tej samej odległości od źródła ładunku i że pole zawsze przechodzi pod kątem 90 stopni. Następnie można wypracować integralną z zamkniętymi oczami, że to łatwe. Lewa strona prawa Gaussa staje się e razy powierzchnia wybranego kształtu.

  • sferyczna powierzchnia staje się, gdzie jest promieniem kuli.,
  • Powierzchnia cylindryczna staje się , gdzie I są długością i promieniem cylindra.
  • zwykła powierzchnia staje się , gdzie jest obszarem nad i pod nieskończoną powierzchnią (potrzebujesz współczynnika 2, gdy pole przechodzi nad i pod powierzchnią pod kątem 90 stopni).,

  So Gauss’ law for a sphere becomes

  

  

  

  Which was introduces earlier as Coulombs Law, now you know where it came from., Prawo Gaussa dla nieskończonej linii ładowania jest po prostu

  

  

  

  teraz w tym coś nowego zostało wprowadzone, . Jeśli masz nieskończoną linię ładunku, to całkowity ładunek na niej jest nieskończony i nie ma sposobu, aby dowiedzieć się, ile tego nieskończonego ładunku masz wewnątrz swojej powierzchni Gaussa., To tutaj wchodzi, jego wartość opłaty za jednostkę długości, więc jeśli =4cm I masz 5 metrów, to opłata wynosi tylko 20C. wszystko jest, tylko wartość opłaty.

  dla nieskończonej powierzchni Gaussa prawo staje się

  

  po raz kolejny nowy symbol został dodany, ale jego tak samo jak jeden wcześniej., to tylko opłata za jednostkę powierzchni, więc jeśli =5Cm I masz 100m powierzchnia całkowita opłata wynosi 500C.

  naładowany pierścień

  pozwala powiedzieć, że masz naładowany pierścień i musisz znać pole produkowane z niego. Po raz kolejny wykorzystamy jedno z najważniejszych narzędzi fizyki, które ułatwi nam pracę. Najpierw spojrzymy tylko na pole wzdłuż osi ringu, w przeciwnym razie sprawy po prostu się komplikują i nie jest to warte wysiłku., Teraz wystarczy wziąć bardzo małą część pierścienia i powiedzieć, że to Kula. Nie jest to do końca prawda, ale im mniejsza sekcja, tym bardziej możemy sprawić, że będzie przypominać ładunek punktowy. Więc masz coś takiego

  

  chcesz znaleźć pole w punkcie wzdłuż osi Z Pierścienia całkowitego naładowania I promień . Mały kwadrat na górze, to bit, który zakładasz jest naładowaną kulą., Teraz nie wiemy, ile ładowania jest w tej małej sekcji, ponieważ możesz zrobić go w dowolnym rozmiarze, więc po prostu wywołujemy opłatę , niewielką ilość . Więc mamy teraz

  

  teraz, jeśli się nad tym zastanowić, każdy bit pierścienia nad osią popychającą w dół mieć równy bit poniżej osi popychającej do góry. Będzie tak samo dla lewej i prawej oraz wszystkich innych części ringu., Więc cała siła z pierścienia będzie działać tylko wzdłuż osi. Aby wypracować tylko ten kawałek, musimy użyć Tryg. Aby uzyskać komponent osiowy, musimy obliczyć pole za pomocą .,

  

  As you may or may not know can also be described (using SOH CAH TOA) by the following relationship for our situation

  

  As is the adjacent side and is the hypotenuse., Więc teraz mamy

  

  jednak możemy nie wiedzieć, co is. Znamy promień dysku, , oraz odległość od dysku, .,jest

  

  teraz chcemy się tego pozbyć , więc integrujemy

  

  teraz wiemy z diagramu na początku, że całkowity ładunek na dysku jest , więc jeśli dodamy wszystkie małe bity suma powinna być , więc Całka jest po prostu .,

  

  więc masz to, pole z naładowanego dysku. Wszystko, czego potrzebujesz to pole z punktu i trochę wiedzy Tryg i można to wypracować. Mogłem po prostu dać ci ostateczne rozwiązanie, ale w ten sposób możesz zobaczyć, skąd pochodzi, a jeśli o tym zapomnisz, możesz być w stanie to wypracować z pierwszych zasad, takich jak powyżej.,

  prawo Gaussa dla magnetyzmu

  ten jest ładny i łatwy, ale ma pewne duże implikacje. Prawo Gaussa dla magnetyzmu jest

  

  jego jak zwykłe prawo Gaussa w tym, że opisuje Pole, tym razem jego pole magnetyczne, . Mówi, że Całka B Nad zamkniętą powierzchnią, jest równa zeru. Nic. Każda linia pola, która wychodzi z powierzchni, ma odpowiednik, który wchodzi. Nie ma ogólnego pola., Oznacza to, że niemożliwe jest uzyskanie źródeł pola magnetycznego. Podczas gdy elektrony i protony są źródłem pola, od którego linie pola odbiegają lub zbiegają się, nie ma analogii magnetycznej. Linie pola magnetycznego są zawsze zamkniętymi pętlami, bez początku, bez końca. To oczywiście nie powstrzymało ludzi przed przygotowaniem na wypadek, gdybyśmy znaleźli magnetyczny monopol.

  to równanie może wydawać się ładne i jest, ale samo w sobie jest zupełnie bezużyteczne., Zazwyczaj wynik 0 w fizyce jest dość ważny, oznacza to, że może wydarzyć się coś specjalnego, tutaj pokazuje, że Monopole magnetyczne nie istnieją.

  prawo Faradays

  teraz sprawy stają się coraz bardziej złożone, tutaj mamy prawo Faradays

  

  oprowadzę cię po każdym kawałku, aby pokazać ci, co to właściwie znaczy. Najpierw mamy lewą stronę, która jest łatwa. To tak jak prawo Gaussa tylko Całka jest nad inną rzeczą., Zamiast znaleźć całkowite pole przez powierzchnię, , teraz znajdujemy całkowitepole wokół zamkniętej pętli. To wszystko, co jest INNE z lewej strony, nie więcej powierzchni, tylko zamknięte pętle. Teraz na prawą stronę. Najpierw mamy minus, zauważając, że to skomplikowane. Dlaczego nie będzie wyjaśnione później. Następnie mamy kolejny integralny, a ten wygląda okropnie. Symbol oznacza w zasadzie małą zmianę., Tak więc jest zmianą w , a jest zmianą w , gdzie jest czasem. Cały jest tempo zmian , jego ile zmienia się () w danym czasie (). I to jest zintegrowane na obszarze ., jest obszarem wewnątrz zamkniętej pętli , jeśli narysujesz jakąś przypadkową, kręcącą się rzecz upewniając się, że linia się nie krzyżuje i że się łączy, to długość wokół linii jest Twoim I obszar wewnątrz linii jest Twoim I obszar wewnątrz linii jest Twoim . Proste tak? Tak więc całkowita wokół pętli jest równa minus zmiany przez pętlę.

  co się stanie, jeśli nie ma?, Cóż, nie ma więc jest zero, co sprawia, że Całka 0, więc nie . Co się stanie, jeśli masz stałą ? Znowu jest 0. Tak więc wynosi zero, co czyni całkę 0, więc znowu nie . Można wywołać pole ze zmieniającego się pola .,

  znaczenie znaku minus wynika z faktu, że pola tworzą pola i pola tworzą pola (zgodnie z prawami Faradaya i Ampere ' a). Gdyby minusa nie było, pola po prostu budowałyby i budowały w końcu dając nieskończoną energię, a to nie jest dozwolone!

  prawo Ampere ' a-Maxwella

  ostatnim z równań Maxwella jest prawo Ampere ' a-Maxwella., Podobnie jak dwa pierwsze prawa były podobne do dwóch ostatnich, istnieje wzór do nich w tej kolejności, który może je ułatwić do zapamiętania. na obszarze, na obszarze, wokół pętli i teraz wreszcie wokół pętli. Równanie to

  

  lewa strona, prosta, Całka B wokół zamkniętej pętli. Prawa strona, nie tak łatwo., Najpierw zignorujmy bit , wrócę do tego. Inne niż , jest bardzo podobne do prawa Faradaya. Masz inne pole zmiany zintegrowane na obszarze, ale tym razem jego . Tym razem jednak zamiast mnożyć przez minus 1 mnożysz przez . Po raz kolejny są to dwie bardzo ważne wartości w fizyce, same i połączone. Są one w samym sercu EM., Więc twoje pole magnetyczne wokół pętli jest równe zmianie POLA E przechodzącego przez nią razy przez , ale wtedy musisz dodać trochę. Jest to bit . Jest to po prostu prąd, który okrąża czas pętli przez , dzieje się tak dlatego, że jak mówi się w rzeczy poruszające się, jeśli masz ładunek ruchomy, tj. prąd, to masz pole magnetyczne. Więc musisz dodać te dwa bity razem. Gotowe.,

  inna forma głębokiego końca

  oprócz pisania równań Maxwella powyżej, w tak zwanej formie Całkowej, można również zapisać je w postaci różniczkowej

  

  

  

  

  kolejna forma głębokiego końca

  pisanie równań Maxwella w jednej z powyższych dwóch form jest naprawdę uproszczeniem., Zarówno Całka, jak i forma różniczkowa są równaniami wektorowymi i oszczędzają konieczność wypisania pełnych 8 równań Maxwella dla pól I we wszystkich trzech wymiarach.,div id=”a2ea6619e6″>